BR112013013631B1

BR112013013631B1 - processo para produção de nitrato de amônio

Info

Publication number: BR112013013631B1
Application number: BR112013013631-6A
Authority: BR
Inventors: Anthony Matthew Johnston; Brian Scott Haynes; Gregory Lawrence Conroy
Original assignee: The University Of Sydney; Yara International Asa
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2020-10-27
Also published as: BR112013013631A2; CA2819562C; ZA201304489B; EP2646368B1; RU2013128461A; AU2011335886B2; CN103328386B; US8945499B2; US9493364B2; AU2011335886A1; CN103328386A; EP2646368A4; AR084074A1; US20130287670A1; US20150203360A1; WO2012071616A1; EP2646368A1; CA2819562A1; RU2558112C2

Abstract

PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE NITRATO DE AMÓNIO. A presente invenção refere-se a um processo para a produção de nitrato de amónio, cujo processo compreende a exposição de uma alimentação de oxidante gasoso composto, pelo menos substancialmente, de amónia, vapor e um gás oxidante a condições em que a amónia é oxidada para produzir uma mistura de reação incluindo o monóxido de nitrogênio e o vapor de água. A mistura de reação é resfriada em um trocador de calor no qual o monóxido de nitrogênio é oxidado, o vapor de água é condensado e os produtos da oxidação de monóxido de nitrogênio reagem com e são absorvidos pela água condensada para formar uma corrente de ácido nítrico, com substancialmente todo o monóxido de nitrogênio na mistura de reação sendo convertido em ácido nítrico. A corrente de ácido nítrico é feita reagir com uma corrente de amónia para formar o nitrato de amónio. Também descrito está o nitrato de amónio por si só (em qualquer das suas várias formas possíveis), quando produzido pelo processo descrito.

Description

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um processo para a produção de nitrato de amónio e, em particular, a um processo que integra a produção de ácido nítrico, com a produção do nitrato de amónio. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O nitrato de amónio é convencionalmente fabricado pela reação de ácido nítrico e de alimentações de amónia que são fornecidos de forma independente a partir de fontes separadas. O processo de fabricação normalmente envolve a reação do ácido nítrico e de amónia em um vaso de neutralização, ou, mais geralmente, em um reator de tubo e, no interesse de produzir s solução de nitrato de amónio concentrado (por exemplo, da ordem de concentração de 80%), de ácido nítrico com uma concentração de 50% a 68% ou superior é normalmente empregue no processo. No entanto, como é bem compreendido na indústria, este nível de concentração ácida conduz a uma reação exotérmica violenta, por sua vez, impondo exigências rigorosas no aparelho de processamento.

[003] O componente de ácido nítrico é convencionalmente fabricado pelo processo de Ostwald, que, em termos de reação básica, envolve um processo de três fases que compreende, em primeiro lugar, oxidação de amónia, na presença de ar, efetuando rápida conversão catalítica de alta temperatura da mistura de amónia - ar para produzir monóxido de nitrogênio. A corrente resultante é resfriada (geralmente sob pressão) e algum do monóxido de nitrogênio não reage catalitica- mente com o oxigênio para formar tais óxidos de nitrogênio superiores, como o dióxido de nitrogênio e o seu dímero, a mistura dos quais é referida a seguir como o dióxido de nitrogênio e o fluxo resultante como um todo, sendo referido como o gás de nitrogênio. Após o resfria- mento, o gás nitroso é admitido a um processo de absorção de contra- fluxo para produzir o ácido nítrico.

[004] O processo de absorção é realizado dentro de uma torre de absorção, com a concentração ácida do produto tipicamente estando entre 50% e 68%, dependendo da pressão de funcionamento e do número de fases de absorção na torre de absorção e a concentração de óxidos de nitrogênio que entram na torre de absorção. Os gases nitrosos normalmente são relativamente diluídos devido à presença de nitrogênio no ar introduzido e, por conseguinte, uma grande torre de absorção geralmente é necessária para facilitara reação e a absorção.

[005] Foi agora determinado que, com uma modificação substancial do processo de fabricação de ácido nítrico convencional acima descrito, incluindo a oxidação da amónia, na presença de oxigênio, a admissão da água de lastro, antes da fase de oxidação de amónia, a retenção da água de lastro através do processo e com a aceitação do produto final sob a forma de ácido nítrico diluído (por exemplo, com uma concentração da ordem de 20% a 40%), uma fase de absorção pode ser adotada, que utiliza a tecnologia de troca de calor, e que obvia a necessidade convencional para uma torre de absorção e as suas desvantagens inerentes. Este, em seguida, facilita a integração dos dois processos (até agora separados) de produção de ácido nítrico e subsequente produção de nitrato de amónio.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006] Em termos gerais, a presente invenção provê um processo para a produção de nitrato de amónio e que compreende:

[007] expor uma alimentação de oxidante gasoso constituído, pelo menos, substancialmente de amónia, vapor e um gás oxidante em condições em que a amónia é oxidada para produzir uma mistura de reação incluindo o monóxido de nitrogênio e vapor de água e o resfriamento da mistura de reação em um trocador de calor no qual o monóxido de nitrogênio é oxidado, o vapor de água é condensado e os produtos da oxidação de monóxido de nitrogênio reagem com e são absorvidos pela água condensada para formar uma corrente de ácido nítrico, com substancialmente todo o monóxido de nitrogênio na mistura de reação a ser convertido em ácido nítrico, e

[008] fazer reagir o fluxo de ácido nítrico com uma corrente de amónia para formar o nitrato de amónio.

[009] A presente invenção pode também ser definida como provendo nitrato de amónio (em qualquer das suas várias formas possíveis), quando produzido pelo processo acima.

[0010] O termo "gás oxidante", como é usado nas definições anteriores e seguintes da invenção é para ser entendido como significando um gás contendo mais do que cerca de 80% de oxigênio. O gás oxidante desejavelmente contém pelo menos 90% e, dependendo do tamanho da planta de processamento, mais desejavelmente pelo menos 95% de oxigênio.

[0011] Além disso, por "substancialmente todo" do monóxido de nitrogênio, nas definições anteriores e seguintes da invenção entende- se uma quantidade de monóxido de nitrogênio superior a 90%, desejavelmente, superior a 95% e, mais desejavelmente, até um nível que se aproxima tão próximo quanto possível de 100% do que está presente na mistura de reação. Quando a conversão dentro do trocador de calor ocorre a um nível inferior ao que é o mais desejado, o processo da reação de absorção pode ser continuado em subsequente um vaso ou tubo reator - absorvedor, com ou sem trocador de calor. Assim, conversão de quase 100% no trocador de calor não é essencial, porque o processo de reação de absorção pode ser continuado, para além do que ocorre no trocador de calor, em um reator - absorvedor adiabático subsequente, embora de uma forma limitada. Ou seja, sabe-se que as temperaturas mais elevadas são prejudiciais para a conversão e absorção de monóxido de nitrogênio e, na medida em que, a reação - absorção subsequente é realizada adiabaticamente, a elevação da temperatura substancial pode ocorrer no fluxo de reação. Por exemplo, progredindo de 99% a 100% de conversão de monóxido de nitrogênio adiabaticamente implicaria um aumento de temperatura da ordem de 2,5 °C, enquanto a progressão de 90% a 100% de conversão implica um aumento de temperatura de 24 °C.

[0012] Além disso, o termo "concentração" tal como utilizado no âmbito desta especificação, deve ser entendido como significando:

[0013] no contexto das soluções aquosas - a porcentagem de soluto puro (por exemplo, nitrato de amónio ou ácido nítrico) em uma solução em uma base p / p, e

[0014] no contexto das misturas gasosas - a porcentagem do componente puro (por exemplo, o oxigênio) em uma mistura em uma base v / v.

[0015] O ácido nítrico produzido dentro do processo definido acima irá inerentemente ser diluído, por exemplo, com uma concentração da ordem de 20% a 40%, dependendo da quantidade de água que está contida na mistura de reação. Como consequência, o nitrato de amónio produzido por reação inicial do ácido nítrico diluído e amónia no processo integrado também terá uma concentração relativamente baixa (por exemplo, da ordem de 30% a 46%), mas o nitrato de amónio pode ser concentrado (por exemplo, a um nível da ordem de 75% a 85%) por adição de calor, (a qual pode ser derivada a partir da fase de produção de ácido nítrico, tal como descrito abaixo), para eliminar o excesso de água introduzido pelo ácido nítrico diluído.

[0016] O calor para a concentração da solução de nitrato de amónio pode ser transferido para a fase de produção de nitrato de amónio por troca de calor direta entre a mistura da reação (que é derivada a partir da oxidação de amónia dentro da fase de produção de ácido ní- trico,) e a solução de nitrato de amónio, ou por troca de calor indireta entre as duas fases usando um circuito de acoplamento intermediário de um meio de transferência de calor, tal como água ou vapor / água. Tal aquecimento pode também ou em alternativa ser derivado a partir do calor de reação entre a amónia e o ácido nítrico e/ou a partir de uma fonte externa.

[0017] Além disso, o vapor gerado no decurso da concentração da solução de nitrato de amónio na fase de produção de nitrato de amónio pode ser transferido para a fase de produção de ácido nítrico para formar pelo menos uma parte do componente de vapor da alimentação oxidante ou de modo a formar pelo menos uma parte de um componente de vapor de água ou de uma alimentação de partida a partir da qual a alimentação oxidante é derivada.

[0018] O trocador de calor que é utilizado no processo de absorção na fase a produção de ácido nítrico pode compreender qualquer tipo de trocador de calor que provê a transferência de calor a partir de um fluido de processo (na presente invenção a mistura de reação) para um fluido refrigerante, por exemplo, um trocador de calor do tipo concha e tubo, um trocador de calor do tipo circuito impresso, um trocador de calor do tipo placas ou um trocador de calor do tipo fin-fan. Passagens de escoamento de fluido no interior do trocador de calor, desejavelmente, tem uma dimensão de seção transversal pequena (por exemplo, menos do que cerca de 3 mm e, desejavelmente, inferior a 2 milímetros de diâmetro equivalente), a fim de auxiliar o calor de uma transferência de massa e para facilitar a compacidade do trocador de calor. Além disso, dependendo das demandas de processamento, um único trocador de calor pode ser utilizado ou dois ou mais trocadores de calor podem ser ligados em paralelo ou em série, e as expressões "um trocador de calor" e "o trocador de calor" como utilizado na presente invenção são para ser entendidas neste contexto. O fluido refrigerante pode compreender um gás, por exemplo, ar forçado por ventilador ou um líquido tal como a água.

[0019] O novo emprego do trocador de calor para completar a absorção na fase de absorção (como distinto do emprego nos processos da técnica anterior de uma torre de absorção contracorrente) resulta na produção de ácido nítrico relativamente diluído. Tal ácido tem baixas pressões de vapor de equilíbrio do ácido nítrico e dos gases nitro- sos, isto obviando a necessidade de um contato contracorrente para alcançar uma absorção completa destes componentes. No entanto, a taxa à qual ocorre a conversão de monóxido de nitrogênio ao ácido, tal como o processo se aproxima do final, é determinada principalmente pela taxa química de oxidação de monóxido de nitrogênio, o que é fortemente promovida por altas concentrações de monóxido de nitrogênio e oxigênio. No processo da presente invenção, o vapor que é utilizado para lastrar o processo de oxidação condensa substancialmente du-rante o curso do processo de absorção de modo a formar uma parte do produto de ácido nítrico diluído, aumentando assim a concentração dos reagentes gasosos residuais e facilitando a sua reação e absorção relativamente rápida. O efeito é o de intensificar o processo de reação / absorção, cujo efeito é maior quando, em conformidade com uma modalidade da invenção, a composição do gás oxidante é cerca de 100% de oxigênio.

[0020] O vapor na alimentação oxidante serve para manter a alimentação de oxidante inferior ao limite explosivo para misturas de amónia - oxigênio e moderar a subida de temperatura durante a oxidação de amónia, bem como a função, quando condensado, para absorver os produtos da oxidação de monóxido de nitrogênio.

[0021] O gás oxidante (daqui em diante referido como "oxigênio") na alimentação de partida / oxidante pode ser provido em uma quantidade suficiente para oxidar substancialmente toda a amónia e subs- tancialmente todo o monóxido de nitrogênio. Como alternativa, o oxigênio na alimentação pode ser provido em uma quantidade suficiente para oxidar substancialmente toda a amónia e oxigênio adicional a serem adicionados à mistura de reação antes de o vapor de água condensar, a fim de oxidar substancialmente todo o monóxido de nitrogênio.

[0022] A alimentação de partida (a partir da qual a alimentação oxidante é obtida) pode ser fornecida com toda a amónia, oxigênio e água no estado gasoso. Além disso, a alimentação de partida pode ser fornecida misturando oxigênio em amónia / vapor, misturando amónia em oxigênio / vapor, ou misturando oxigênio, amónia e vapor constituintes separados, mas o risco de formação de uma mistura explosiva, desejavelmente, é evitado por não misturar vapor em amónia / oxigênio.

[0023] Em uma modalidade alternativa, quando a alimentação de partida é provida a partir de água em um estado líquido, ela pode ser vaporizada, quer antes ou após a mistura com os outros dois componentes da alimentação de partida.

[0024] Em outra modalidade, a amónia pode ser dissolvida na água para formar amónia aquosa e, no caso em que o excesso de amónia aquosa reciclado é injetado de volta para a alimentação de partida (tal como será descrito a seguir), a amónia pode ser dissolvida na alimentação de água / amónia reciclada. A alimentação resultante pode então ser aquecida para vaporizar a amónia aquosa.

[0025] Na fase de oxidação de amónia (onde a alimentação de vapor-lastrado amônia-oxigênio é oxidada para formar, predominantemente, o monóxido de nitrogênio dentro do gás de nitrogênio), a alimentação oxidante pode ser aquecida até uma temperatura que cai dentro do intervalo de 700 °C a 1000 °C (tipicamente cerca de 800 °C), a uma diminuição da pressão dentro da gama 0,1 MPa a 1,5 MPa (1 bar (abs) a 15 bar) (abs) (tipicamente cerca de 0,2 MPa (2 bar) (abs)) na presença de um catalisador. O catalisador pode ser incorporado em qualquer tipo conhecido de sistema catalítico, incluindo um leito de óxido de cobalto ou um catalisador de platina-ródio, sob a forma de camadas de tecidos ou gaze tricotada. O aquecimento da alimentação oxidante no oxidante pode ser provocado pela liberação de calor adia- bático da reação, ou por troca de calor com um fluido externo, ou por uma combinação de ambos. Quando a troca de calor é efetuada por aquecimento ou por resfriamento, o oxidante pode compreender um reator trocador de calor.

[0026] A mistura de reação proveniente do processo de oxidação de amónia pode ser resfriada até uma primeira temperatura acima do ponto de condensação da mistura de reação (por exemplo, a uma temperatura de cerca de 140 ° C) por troca de calor com um fluido de transferência de calor. Esse fluido de transferência de calor pode ser utilizado para transferir calor (como acima mencionado), para a concentração (por evaporação) a uma solução de nitrato de amónio na fase de produção de nitrato de amónio. Além disso, a mistura de reação pode ser ainda mais resfriada a uma segunda temperatura por troca de calor com um fluido de transferência de calor ou outro fluido do processo. A última troca de calor pode ser efetuada entre a mistura de reação e a alimentação de partida ou oxidante (ou componentes da alimentação oxidante / de partida) (que, em tal caso, torna-se o fluido de transferência de calor) pelo que é aqui referido como a troca de calor de alimentação de efluente, utilizando um trocador de calor de alimentação de efluente. Esse trocador de calor de alimentação de efluente pode ser separado ou ser integrado com o trocador de calor anteriormente mencionado, em que os produtos da oxidação de monóxido de nitrogênio reagem com e são absorvidos pela água condensada.

[0027] Em algumas modalidades nas quais a troca de calor de alimentação de efluente, é efetuada, qualquer componente líquido na alimentação de partida pode ser vaporizado (pelo menos parcialmente) e qualquer componente líquido remanescente na alimentação de partida após a troca de calor de alimentação de efluente pode ser recircu- lado ou, usando a terminologia anterior, reciclado. Por este processo a maioria de qualquer líquido na alimentação de partida pode ser evaporada até à fase gasosa (como requerido para a alimentação oxidante) usando o que pode ser considerado como calor de "baixo grau", deixando o calor de "grau superior" que é gerado no processo para tais fins auxiliares como vapor de fundo para a geração de energia. A acumulação de sólidos dissolvidos no líquido de recirculação pode ser evitada pelo fornecimento de um fluxo de sopro para baixo.

[0028] A oxidação do monóxido de nitrogênio e as reações simultâneas que conduzem à formação do ácido nítrico são governadas pelas pressões e temperaturas operacionais adequadas ao desenho do sistema e, pelo menos na fase de absorção final, pela temperatura do fluido de resfriamento disponível. A oxidação ocorre apenas em uma extensão limitada, até o resfriamento pós-oxidação ser iniciado, que é (a partir das figuras anteriormente exemplificadas) a temperaturas tão altas como 800 °C. Quando a mistura de reação é resfriada, em primeiro lugar o líquido irá formar-se no ponto de condensação à pressão operacional e a formação de ácido continuará como a mistura a ser posteriormente resfriada. A uma pressão operacional de cerca de 1,5 MPa (15 bar) (abs) condensado irá se formar, assim, a formação de ácido nítrico será iniciada, em temperatura de saturação correspondente de cerca de 200 °C e a formação de ácido continuarão até uma temperatura de cerca de 50 °C, assumindo que a última temperatura deve ser limitada pela temperatura do fluido de resfriamento disponível. Para o funcionamento a 0,2 MPa (2 bar) (abs), a formação de ácido começará a cerca de 110 °C.

[0029] Impurezas gasosas não condensadas ou absorvidas na fase de absorção, na fase de produção de ácido nítrico podem incluir excesso de oxigênio que não reagiu, argônio e outras impurezas introduzidas com a alimentação de oxigênio para o processo, e óxido de nitrogênio e nitroso formados como subprodutos no oxidante. Estas impurezas gasosas podem ser separadas a partir do ácido nítrico, por meio de um recipiente de separação antes de o ácido nítrico e a amónia serem feitos reagir na fase de produção de nitrato de amónio.

[0030] A pressão do absorvedor de ácido nítrico pode, em algumas modalidades da invenção, ser inferior à pressão do reator de nitrato de amónio, e o ácido nítrico será então bombeado para a pressão do reator. Em outras modalidades, a pressão do absorvedor de ácido nítrico pode estar acima da pressão do reator de nitrato de amónio e, em seguida, uma válvula pode ser utilizada para reduzir a pressão de ácido nítrico para a pressão do reator.

[0031] A reação do ácido nítrico e de amónia na fase de produção de nitrato de amónio pode ser efetuada por qualquer método conhecido na técnica, incluindo, por exemplo, por cofluxo dos reagentes adia- baticamente através de um comprimento adequado do tubo. A reação pode alternativamente ser efetuada em um reator não adiabático (trocador de calor), em que os reagentes (cofluxo) serão aquecidos ou resfriados por um fluido de transferência de calor. Como outra alternativa, a reação pode ser efetuada por mistura de amónia e ácido nítrico em um recipiente que pode, se necessário, ser ou aquecido ou arrefecido. O reator pode também funcionar como um evaporador.

[0032] O ácido nítrico pode ser aquecido antes de reagir com a amónia. Desta forma, pelo menos uma parte do calor liberado pela reação pode resultar na geração de vapor, em vez de simplesmente resultar em preaquecimento do fluxo de nitrato de amónio a uma temperatura inferior ao ponto de ebulição em um evaporador (em que a solu- ção de nitrato de amónio é concentrada e o vapor é gerado pela aplicação de calor). Tal preaquecimento do ácido nítrico pode ser efetuada por transferência de calor a partir de fluxos de calor no interior da fase de produção de ácido nítrico, por exemplo, a partir do fluxo de mistura de reação a partir do oxidante ou de um fluxo de reciclagem do líquido.

[0033] A amónia pode ser introduzida na fase de produção de nitrato de amónio na forma líquida ou gasosa ou como solução aquosa de amónia. A pressão de alimentação terá de ser pelo menos tão elevada como a do fluxo de alimentação de ácido nítrico, no ponto de mistura, e a amónia pode ser a qualquer temperatura conveniente, tipicamente a cerca da temperatura ambiente.

[0034] A pressão da alimentação de amónia para as fases de produção do ácido nítrico e nitrato de amónio pode ser selecionada para satisfazer os requisitos individuais do processo. Por exemplo, em algumas modalidades da invenção, a amónia será fornecida à fase de produção de ácido nítrico ligeiramente acima da pressão de oxidação, e à fase de produção de nitrato de amónio ligeiramente acima da pressão de absorção (antes a qualquer bomba que possa ser empregue para elevar a pressão do líquido).

[0035] Em algumas modalidades da invenção, a amónia pode, como acima indicado, ser fornecida na forma gasosa, e ser alimentada para a fase de produção de nitrato de amónio na mesma pressão que é alimentada para a fase de produção de ácido nítrico. Em algumas modalidades, a pressão comum de alimentação de amónia gasosa para o processo integrado pode estar ligeiramente acima da mais alta do reator e das pressões oxidantes. Em outras modalidades a pressão de abastecimento comum para a amónia gasosa para o processo integrado pode ser independente das pressões operacionais do agente de oxidação, absorção e do reator, sendo que a sua pressão pode estar perto de, ou mesmo abaixo da pressão atmosférica.

[0036] É desejável que a taxa de fluxo de amónia seja suficientemente elevada, em relação ao fluxo de ácido nítrico, para assegurar que não há um excesso de amónia na solução de nitrato de amónio no evaporador. Deste modo a corrosão dentro do evaporador será minimizada, e a pressão parcial do ácido nítrico no espaço de vapor do evaporador será suprimida.

[0037] Dependendo dos requisitos do sistema, a pressão do evaporador pode ser operada ligeiramente acima da pressão do combustor de amónia ou perto de (acima ou abaixo), a pressão atmosférica. A fim de evitar a possibilidade de infiltração do ar no evaporador quando executado sob vácuo, o evaporador pode ser operado em, por exemplo, 1 bar (abs) a 1,5 bares (abs). A operação do evaporador a tais pressões é possível quando o vapor do evaporador é condensado e retornado ao processo de ácido nítrico como líquido. (Observou-se que o bombeamento de água líquida para pressão do combustor de amónia gera poucos equipamentos ou custos de energia).

[0038] A temperatura de evaporação depende da pressão de evaporação e da concentração da solução de nitrato de amónio. Por exemplo, o ponto de ebulição da solução de nitrato de amónio de 39% a 0,1 MPa (1 bar) é de 107 °C, enquanto que o ponto de ebulição da solução de nitrato de amónio de 80% a 0,3 MPa (3 bar) é de cerca de 168 °C. Sabe-se que o aquecimento do nitrato de amónio sólido até uma temperatura de 170 °C ou mais traz consigo o risco de rápida decomposição do nitrato de amónio, e deve ser evitado. Portanto, para uma força de produto, por exemplo, da ordem de 80% de nitrato de amónio, o evaporador será praticamente limitado à operação abaixo de 0,3 MPa (3 bar) (abs).

[0039] O calor pode ser transferido (como acima mencionado), a partir da mistura de reação de ácido nítrico para a solução de nitrato de amónio no interior do evaporador por contato direto de troca de calor entre os fluxos, quer indiretamente por intermédio de um meio de transferência de calor em um ciclo de acoplamento; intermediário que pode, por exemplo, compreender um circuito água em ebulição / condensação ou um circuito de água pressurizada de fase única. Um circuito de acoplamento de transferência de calor intermediário pode ser empregue para evitar o risco de temperaturas excessivamente elevadas de parede (> 170 °C), que ocorre em um trocador de calor que acopla diretamente a mistura de reação quente (a, por exemplo, 800 °C) com o fluxo de nitrato de amónio em ebulição. Se o calor insuficiente estiver disponível a partir da mistura de reação de ácido nítrico e da reação nitrato de amónio para concentrar o nitrato de amónio com a força necessária, o calor proveniente de uma fonte externa pode ser fornecido ao processo, por exemplo, por aquecimento do meio de transferência de calor no circuito de acoplamento intermediário.

[0040] A evaporação da água a partir da solução diluída de nitrato de amónio pode ser efetuada a partir de uma variedade de configurações de equipamento. Por exemplo, a evaporação da solução diluída de nitrato de amónio, pode ser efetuada em uma única passagem através do (uma passagem) trocador de calor do evaporador.

[0041] Alternativamente, a solução de nitrato de amónio em ebulição pode ser recirculada através do trocador de calor sob a influência dos efeitos de flutuabilidade, baseada na gravidade (isto é, a circulação natural), ou por bombeamento. Por exemplo, a evaporação do trocador de calor pode ser submersa abaixo do nível de líquido de uma solução de nitrato de amónio de ebulição dentro de um vaso, ou formam parte de um circuito termo - sifão externo para um vaso de separação.

[0042] Em outra alternativa, a solução de nitrato de amónio, pode ser concentrada em um evaporador de película descendente.

[0043] Em uma modalidade da invenção utilizando um circuito de acoplamento de transferência de calor intermediário da água em ebulição / condensação, a temperatura de saturação do vapor deve estar acima do ponto de ebulição da solução de nitrato de amónio requerida, por exemplo, para solução a 80%, acima de 152 °C em um evaporador de 0,2 MPa (2 bar) (abs), ou acima de 127 °C em um evaporador de 0,1 MPa (1 bar) (abs). A diferença média entre a temperatura de aquecimento e os fluidos em ebulição, em um evaporador de passagem única, que é maior do que entre os fluidos em uma recirculação do evaporador e, por conseguinte, o evaporador de passagem única pode ser menor.

[0044] Em uma modalidade da invenção utilizando um circuito de acoplamento de transferência de calor intermediário de única fase e um evaporador de recirculação, o meio de transferência de calor deve circular a temperaturas acima do ponto de ebulição da solução de nitrato de amónio requerida, com os exemplos como identificados.

[0045] Nas modalidades que utilizam um circuito de acoplamento de transferência de calor intermediário de única fase e um evaporador de uma passagem, a temperatura máxima alcançada por meio de transferência de calor deve ser superior ao ponto de ebulição da solução de nitrato de amónio requerida com os exemplos como acima identificados. No entanto, a temperatura mínima do meio de transferência de calor só precisa exceder o ponto de ebulição da solução de nitrato de amónio diluído proveniente do reator de nitrato de amónio, por exemplo, para a solução a 39% de nitrato de amónio, acima de 129 °C em um evaporador de 0.2 MPa (2 bar) (abs), ou acima de 107 °C em um evaporadorde 0.1 MPa (1 bar) (abs).

[0046] Assim, quando um circuito de transferência de calor intermediário de fase única é usado com um evaporador de passagem única, o calor pode ser extraído a partir da mistura de reação de ácido nítrico a temperaturas mais baixas do que com as alternativas acima, aumentando assim a quantidade de calor recuperado proveniente da mistura de reação.

[0047] Uma vantagem adicional de um evaporador de uma passagem através de um evaporador de recirculação pode ser que o fluxo de passagem forçada da solução de nitrato de amónio, pode tornar-se menos propenso à incrustação de sólidos cristalinos do que o trocador de calor submersos, onde as quedas de pressão desenvolvidas por circulação natural irá tipicamente ser muito mais baixa do que as resultantes com fluxo de uma passagem, e, consequentemente, menos susceptível de eliminar o desenvolvimento de obstruções.

[0048] As fases líquida e de vapor do evaporador podem ser separadas em um recipiente separador de qualquer tipo conhecido na técnica. A fim de auxiliar a separação das gotículas de líquido a partir do vapor do evaporador, uma almofada ou embalagem desumidificadora pode ser utilizada para a extremidade superior do vaso de separação, e, a fim de evitar a deposição de sólidos sobre essa almofada ou embalagem, ela pode ser pulverizada com um líquido de lavagem. O líquido de lavagem pode compreender água de elevada pureza, tal como é adequada para a água de alimentação da caldeira, ou uma solução de ácido nítrico, nitrato de amónio ou amónia.

[0049] Em um evaporador de recirculação submerso ou em termo - sifão, a diluição proveniente da pulverização da almofada desumidificadora com líquido de lavagem não afetará substancialmente as temperaturas de evaporação necessárias, embora a carga de calor seja aumentada, porque a água de diluição se mistura com a solução de recirculação. No entanto, na saída de um evaporador de uma passagem a concentração da solução obtida, e, por conseguinte, o ponto de ebulição necessário, deve ser aumentado na medida em que o efeito de diluição é compensado nesse dispositivo.

[0050] Os evaporado res de recirculação e de uma passagem podem ser colocados dentro ou fora do vaso provido para separação de vapor / solução. Os evaporadores de recirculação podem ser colocados no interior do vaso, abaixo do nível do líquido, como trocadores de calor submersos, ou fora dele, em circuitos externos bombeados ou de termo - sifão. Em geral, será mais conveniente substituir ou reparar um trocador de calor externo, no caso de estar sujeita à incrustação, corrosão ou outros danos.

[0051] Como foi referido anteriormente, o vapor que é gerado na concentração da solução de nitrato de amónio na fase de produção de nitrato de amónio, pode ser transferido para a fase de produção de ácido nítrico para formar pelo menos uma porção do componente da alimentação de água de alimentação oxidante ou de uma alimentação de partida a partir da qual a alimentação oxidante é derivada.

[0052] Em uma modalidade da invenção, o vapor pode ser transferido no estado gasoso diretamente a partir do evaporador para a fase de produção de ácido nítrico. É provido que o evaporador opera a uma pressão de, pelo menos, um ligeiro excesso de pressão do combustor de amónia, nenhuma compressão de vapor será necessária.

[0053] Em outra modalidade, o vapor do evaporador pode ser condensado e ser devolvido à alimentação de água no estado líquido para a fase de produção de ácido nítrico. Neste caso, nenhuma restrição inferior será colocada sobre a pressão de operação do evaporador, o processo de ácido nítrico em água no estado líquido pode ser bombeado sem custo a qualquer pressão desejada. O retorno da água no estado líquido para o processo de ácido nítrico também permite a oportunidade para a absorção de alimentação de amónia gasosa ao processo de ácido nítrico, diminuindo assim a pressão de alimentação de amónia necessária para o processo de ácido nítrico, normalmente à pressão atmosférica ou inferior. Como mencionado acima, no entanto, as pressões de alimentação do evaporador e da amónia podem, contudo, ser superior à pressão atmosférica de modo a evitara infiltração da atmosfera para o processo.

[0054] Em uma modalidade em que o vapor proveniente do evaporador é condensado para a água, a água pode transportar os gases não condensáveis arrastados, tais como o hidrogênio e nitrogênio, que podem ter entrado na forma de impurezas na alimentação de amónia para o processo de nitrato de amónio. Em algumas circunstâncias, por exemplo, quando os gases arrastados podem interferir com o funcionamento de uma bomba de líquido a jusante, tais gases podem ser ventilados a partir de um separador de fases após o condensador de vapor de água, deixando o condensado eficazmente livre de gás.

[0055] Em uma modalidade na qual existe unicamente água líquida dentro do processo, como, por exemplo, quando o vapor do evaporador é devolvido à fase de produção de ácido nítrico, no estado gasoso, qualquer excesso de água produzido no evaporador pode ser eliminado por ventilação como vapor. Uma deficiência de água em tal processo pode ser feita para cima de um liquido, em algum ponto do processo integrado, por exemplo, com a água de pulverização, aplicada à almofada desumidificadora descrita acima, ou na forma de vapor a partir de uma fonte externa. Quando o equilíbrio de água é mantido por adição de água no estado líquido para o evaporador, a carga no evaporador será aumentada, tal como a pulverização de água, tal como descrito acima. Quando o equilíbrio de água é mantido por adição de água no estado líquido para uma caldeira de água seguindo o oxidante de amónia, o calor disponível para o evaporador é reduzido.

[0056] Em uma modalidade na qual o vapor do evaporador é condensado para formar a alimentação de água do processo de ácido nítrico, um excesso ou deficiência de água de lastro pode ser acomodado através da adição ou extração de água sob a forma líquida a partir do fluxo condensado, evitando assim qualquer necessidade de aumentar a carga do evaporador.

[0057] Impurezas gasosas podem, em operação do sistema, entrar em qualquer fase da produção de ácido nítrico ou da fase de produção de nitrato de amónio com as alimentações de amónia, com a alimentação de oxigênio e/ou, se produção de água é necessária, com a alimentação de água. Além disso, o oxigênio, o nitrogênio, o argônio e outras impurezas gasosas, que não são ventiladas a partir de um separador após a absorção, podem passar a partir do processo de ácido nítrico para o processo de nitrato de amónio. No entanto, em geral, as impurezas reativas, hidrogênio e oxigênio, irão circular dentro do processo integrado, até que reagem para formar a água na câmara de combustão de amónia, e impurezas gasosas inertes não condensáveis, tais como argônio e nitrogênio, circularão até chegarem a um ponto de ventilação, mais provavelmente, no separador de ácido após a absorção do ácido nítrico.

[0058] Impurezas dissolvidas podem entrar no processo de composição de água, e podem ser descarregadas, quer com o produto de nitrato de amónio, ou como uma fase de sopro para baixo a partir da reciclagem de água dentro da fase de produção de ácido nítrico.

[0059] Em algumas circunstâncias é possível que o calor suficiente possa não estar disponível a partir da mistura de reação (produzida na fase de produção de ácido nítrico) para concentrar a solução de nitrato de amónio na medida necessária. Em seguida, na ausência de qualquer outra fonte de calor à temperatura suficientemente elevada dentro do processo integrado para conduzir o processo de evaporação, as medidas alternativas, tais como a evaporação de múltiplo efeito e/ou a importação de calor a partir de uma fonte externa pode ser adoptada.

[0060] A invenção será mais completamente compreendida a partir das seguintes descrições:

[0061] três modalidades ilustrativas dos processos para a produção de ácido nítrico por si só, e

[0062] duas modalidades ilustrativas de processos integrados para a produção de ácido nítrico, utilizando-se o ácido nítrico, nitrato de amónio.

[0063] As descrições são fornecidas a título de exemplo com referência aos diagramas esquemáticos de circuitos (fluxo), como mostrado nos desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0064] Nos desenhos

[0065] A figura 1 mostra um diagrama de fluxo aplicável a uma primeira modalidade do processo para a produção de ácido nítrico, na qual a água, amónia e oxigênio, tudo em forma gasosa, são combinados para formar uma alimentação de partida para a produção do nítrico ácido;

[0066] A figura 2 mostra um diagrama de fluxo aplicável a uma segunda modalidade do processo para a produção de ácido nítrico, na qual a água líquida é fornecida como um componente da alimentação de partida e é vaporizada para combinar com amónia e oxigênio a partir de componentes de alimentação;

[0067] A figura 3 mostra um diagrama de fluxo aplicável a uma terceira modalidade do processo para a produção de ácido nítrico, na qual uma solução aquosa de amónia e os componentes de oxigênio são combinados para formar uma alimentação que é transmitida através de um trocador de calor de alimentação de efluente;

[0068] A figura 4 mostra os gráficos de temperatura, contra o calor, que ilustram uma operação típica de troca de calor contrafluxo de alimentação de efluente no trocador de calor mostrado na figura 3;

[0069] A figura 5 mostra um diagrama de fluxo aplicável a uma primeira modalidade do processo integrado para a produção de ácido nítrico I nitrato de amónio, o diagrama que mostra um tipo de reator - concentrador de nitrato de amónio;

[0070] A figura 5A mostra um tipo alternativo de reator - concentrador de nitrato de amónio que está associado com o processo integrado da figura 5;

[0071] A figura 6 mostra um diagrama de fluxo aplicável a uma segunda modalidade do processo integrado para a produção de ácido nítrico / nitrato de amónio, o diagrama que mostra um tipo de reator - concentrador de nitrato de amónio;

[0072] A figura 6A mostra um tipo alternativo de concentrador - reator de nitrato de amónio que está associado com o processo integrado da figura 6; e

[0073] As figuras 7 e 7A ilustram um regime alternativo para o fornecimento de calor a partir de uma fonte externa para a reação / processo de evaporação, como mostrado nas figuras 5 e 6.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES ILUSTRADAS

[0074] Como observação preliminar, as duas modalidades do processo integrado (como mostrado nas figuras 5 e 6) referem-se à mesma invenção (tal como acima definido), ou seja uma em que:

[0075] o nitrato de amónio é produzido pelo processo de:

[0076] expor uma alimentação oxidante gasosa constituída, pelo menos substancialmente de amónia, vapor e um gás oxidante a condições em que a amónia é oxidada para produzir uma mistura de reação incluindo o monóxido de nitrogênio e vapor de água, o resfriamento da mistura de reação em um trocador de calor no qual o monóxido de nitrogênio é oxidado, o vapor de água é condensado e os produtos da oxidação de monóxido de nitrogênio reagem com e são absorvidos pela água condensada para formarum fluxo de ácido nítrico;

[0077] e fazer reagir o fluxo de ácido nítrico com um fluxo de amónia para formar o nitrato de amónio.

[0078] As modalidades do processo integrado, como ilustrado nas figuras 5 e 6, incorporam o ácido nítrico, para a produção de processos substancialmente tal como mostrado nas figuras 1 e 3, respectivamente. No entanto, todos os três processos de produção de ácido nítrico das figuras 1 a 3 são potencialmente adequados para utilização no sistema integrado e, por esta razão são, por completo, descritos em detalhes no texto que se segue.

[0079] No processo de produção de ácido nítrico ilustrado pelo diagrama de fluxo da figura 1, um fluxo de alimentação de amónia gasosa 10, uma corrente de alimentação de vapor 11, e uma corrente de alimentação de oxigênio 12 são combinadas de modo a formar uma alimentação de partida 13, com a amónia e vapor de água, de preferência a ser misturado antes de sua admissão para o fluxo de oxigênio para evitar o potencial de uma mistura explosiva. Os respectivos fluxos de alimentação são entregues a uma temperatura suficientemente elevada de modo a impedir a formação de condensação quando um combustor de alimentação 14 (correspondendo, no caso da modalidade da figura 1, à alimentação de partida 13) é alimentado para um combustor 15. Todas as correntes de alimentação são apresentadas sob uma pressão ligeiramente superior a uma pressão de combustão de cerca de 0,2 MPa (2 bar) (abs).

[0080] O combustor 15 pode compreender qualquer tipo de oxidante de amónia conhecido na técnica para utilização em alta temperatura de conversão catalítica de uma mistura de amônia-oxigênio e pode empregar qualquer tipo conhecido de sistema catalítico, incluindo um leito de óxido de cobalto. De uma forma adequada, ele pode incorporar um catalisador de platina-ródio, sob a forma de camadas de tecidos ou de gaze tricotada. Em outra forma o queimador pode ser configurado como um trocador de calor-reator no qual o calor liberado durante a reação é transferido simultaneamente para um refrigerante.

[0081] A alimentação de oxigênio - amónia de vapor lastrado (câmara de combustão) 14 para a câmara de combustão 15 é aquecida por uma combinação de condução, convecção e radiação até à temperatura de reação através das camadas de catalisador e reage sobre as camadas de catalisador para formar um fluxo de gás de nitrogênio. Exceto quando a oxidação é realizada em um reator-trocador de calor, o processo global é essencialmente (ou seja, quase) adiabático e a temperatura atingida (assumindo a conversão completa e altamente seletiva de amónia para o monóxido de nitrogênio) é principalmente uma função da quantidade de vapor de água de lastro presente. A temperatura será tipicamente de cerca de 800 °C, quando a razão molar de amónia para água na alimentação de partida é de cerca de 5,6 e a razão molar de amónia no combustor de alimentação é de cerca de 11,4%. Tal composição de alimentação do combustor encontra-se fora dos limites de explosão de amónia esperados e dá origem ao produto de ácido nítrico de cerca de 33,5%.

[0082] A mistura resultante da reação, incluindo o monóxido de nitrogênio e vapor de água, indicado como um fluxo 16, é alimentada para um trocador de calor seguinte 17, onde a mistura de reação é arrefecida pela troca de calor com um fluido de transferência de calor tal como água pressurizada (líquido), com água em ebulição ou óleo. O trocador de calor 17, tal como ilustrado, compreende uma caldeira de resfriamento brusco de um tipo convencional conhecido na técnica e no qual o gás de alimentação 16 é resfriado até uma temperatura acima do nível do ponto de condensação (por exemplo, uma temperatura da ordem de 140 °C).

[0083] Na saída do trocador de calor 17, a mistura de reação resfriada 18, na qual o monóxido de nitrogênio terá começado a oxidar, é alimentado para um absorvente sob a forma de um trocador de calor 19. A condensação e oxidação contínua de vapor de água do monóxi- do de nitrogênio e as reações simultâneas que conduzem à formação de ácido nítrico, no trocador de calor 19, são governadas pelas pressões operacionais e temperaturas empregadas no sistema. O calor é trocado entre a mistura de reação resfriada (como ela prossegue através dos canais 20 do trocador de calor 19) e o fluido de troca de calor 22, tipicamente água, que é dirigida contracorrente, apesar dos canais 21 do trocador de calor 19. O trocador de calor 19 pode compreender qualquer tipo de trocador de calor que seja conhecido na técnica para ser adequado para uso na condensação / oxidando da mistura de reação para baixo para alimentar o ácido nítrico diluído, incluindo um trocador de calor do tipo concha e tubo, um trocador de calor do tipo fin- fan, um trocador de calor do tipo placas ou um trocador de calor do tipo circuito impresso, e o fluido de troca de calor 22 pode compreender qualquer fluido (isto é, líquido ou gasoso) apropriado para o tipo de trocador de calor que for utilizado. Passagens de escoamento de fluido no interior do trocador de calor, desejavelmente, tem uma dimensão de seção transversal pequena (geralmente menos do que cerca de 3 mm e, desejavelmente, inferior a 2 milímetros de diâmetro equivalente) a fim de, como se referiu anteriormente, auxiliar a transferência de calor e massa e a fim de facilitar o trocador de calor e, portanto, a densidade de plantas.

[0084] Os gases não condensados ou absorvidos no trocador de calor são separados a partir do ácido nítrico, para formar um gás residual, por um separador 23. Os principais componentes do gás de cauda serão o excesso de oxigênio que não reagiu, o argônio e outras impurezas introduzidas com a alimentação de oxigênio para o processo, óxido de nitrogênio e nitroso formados como subprodutos da combustão, e o vapor de água. O gás residual que sai do separador 23 irá também conter baixas concentrações de gases nitrosos. No entanto, como está ilustrado, o gás residual pode ser alimentado a partir do separador 23 para um separador 23A ainda mais por meio de um con-densador refrigerador 23B, estes vasos que atuam de forma eficaz para fornecer à reação subsequente absorção ao fornecido no trocador de calor 19. Gases nitrosos e vapor de ácido nítrico absorvidos no condensador refrigerador criam um fluxo de ácido muito fraco (tipicamente < 2% (p / p)), que é alimentado de volta para dentro do separador 23, eliminando assim eficazmente a emissão de vapor de ácido nítrico e reduzindo substancialmente as emissões de óxido nitroso a partir do processo, embora também aumentando ligeiramente o rendimento do produto.

[0085] Oxigênio suplementar, se necessário, é injetado na mistura de reação 16 e/ou no fluxo da mistura de reação resfriada 18, como indicado pelas linhas de alimentação tracejadas 16a e 18a, de modo a prover um pequeno excesso de fornecimento de oxigênio para facilitar a completa oxidação de monóxido de nitrogênio na mistura de reação.

[0086] Da mesma forma, se for necessário, o vapor ou de água complementar é injetado na mistura de reação 16 e/ou no fluxo da mistura de reação resfriada 18, como indicado pelas linhas de alimentação tracejadas 18b e 16b, a fim de prover suficiente condensado para facilitar a oxidação completa e a absorção do dióxido de nitrogênio.

[0087] É feita agora referência ao processo de produção de ácido nítrico para o qual o diagrama de fluxo da figura 2, se aplica, no qual a água 11 é fornecida como um componente da alimentação de partida e é vaporizada antes de ser combinada com amónia e oxigênio a partir de componentes de alimentação para formar a alimentação do combustor 14. Algumas das fases do processo, e, por conseguinte, o equipamento de processamento mostrado no diagrama de fluxo da figura 2 são os mesmos que os da figura 1 e não são novamente descritos, e os numerais iguais são utilizados para identificar, como equipamento nas respectivas figuras.

[0088] No processo ilustrado na figura 2 a amónia e os componentes de oxigênio 10 e 12 da alimentação de partida são fornecidos sob a forma gasosa, a uma pressão ligeiramente superior à pressão do combustor e à temperatura ambiente próxima. O componente de agua 11 da alimentação departida é fornecido na forma líquida, de novo a uma pressão ligeiramente superior à pressão do combustor, e a água é vaporizada (para formar uma corrente gasosa 25) antes de se misturar em primeiro lugar, com a amónia a partir de componentes de alimentação 10 e em seguida, com o componente de oxigênio 12 para formara câmara de alimentação do combustor 14.

[0089] O componente de agua 11 da alimentação de partida é aquecido até o seu ponto de ebulição e vaporizado por meio de um trocador de calor da caldeira submersa 26 que recebe fluido de troca de calor, sob a forma da mistura de reação 16 por meio de um trocador de calor 27, submerso, e/ou sob a forma de um meio de aquecimento de origem externa 28 por meio de um trocador de calor imerso 29. A válvula 30 provê purga 31 para o lixo, a fim de evitar o acúmulo de sólidos dissolvidos no trocador de calor 26.

[0090] Um ou o outro, ou ambos (como ilustrado) da amónia gasosa e dos componentes de oxigênio 10 e 12 da alimentação de partida é (ou são) aquecido em um trocador de calor 32 até uma temperatura que impeça a condensação do fluxo de água vaporizada 25 por mistura na alimentação do combustor 14. Tal como ilustrado, o fluido de transferência de calor para o trocador de calor 32 compreende a mistura de reação 18 após a sua passagem através (e perda de calor / queda de temperatura) do trocador de calor submergido 27, embora o fluido de transferência de calor possa ser obtido externamente. No primeiro caso, o trocador de calor 32 pode ser considerado como um trocador de calor de alimentação de efluente.

[0091] A temperatura da mistura de reação 16 goteja a um nível de cerca de 140 °C na passagem através do trocador de calor 26 e continua a descer até cerca de 120 °C (isto é, acima do ponto de condensação) na passagem através do trocador de calor 32.

[0092] Outros aspectos do processo ilustrado na figura 2, incluindo a oxidação de amónia e processos de absorção e reação de gás, levando ao fluxo de ácido nítrico 24, são substancialmente como descritos anteriormente no contexto da figura 1.

[0093] É feita agora referência à terceira modalidade do exemplo do processo de produção de ácido nítrico, que é o processo em que se aplica o diagrama de fluxo da figura 3. Algumas das fases do processo, e, por conseguinte, o equipamento de processamento mostrado no diagrama de fluxo da figura 3 são os mesmos que os das figuras 1 e 2 e, tal como no caso da modalidade da figura 2, não são novamente descritos. Mais uma vez, os mesmos números de referência são utilizados para identificar, equipamentos semelhantes nas respectivas figuras.

[0094] No processo ilustrado na figura 3, a amónia 10, água 11 (ou, embora não seja mostrado, a amónia aquosa a partir de uma única fonte) e o oxigênio 12, todos a cerca da temperatura ambiente, é alimentado sob pressão, como uma solução aquosa de alimentação de amónia e oxigênio 34 a um trocador de calor de alimentação de efluente 35. A alimentação 34 pode ser derivada de várias maneiras, mas, como mostrado na figura 3, o componente de amónia 10 da alimentação de partida a uma pressão ligeiramente acima da pressão atmosférica é dissolvido em ambos o componente de água 11 da alimentação de partida e um fluxo de reciclagem de líquido 36 para formar um fluxo de amónia aquoso 37. O fluxo de amónia aquosa 37 é resfriado em um refrigerador 38 a cerca de 60 °C e pressurizado por uma bomba 39 para uma pressão ligeiramente acima da pressão de combustão, tipicamente, como descrito anteriormente, em cerca de 0,2 MPa (2 bar) (abs).

[0095] A alimentação 34 (compreendendo o fluxo de amónia aquoso 37 e o componente de oxigênio 12 da alimentação de partida) é alimentada a um sistema de canais 40 de um primeiro trocador de calor de alimentação de efluente 35, e a alimentação 34 na passagem através do trocador de calor é aquecido a um nível de temperatura que permita a vaporização de amónia e água dentro do fluxo de amónia aquosa no fluxo de oxigênio. A alimentação de amónia - oxigênio de vapor lastrado resultante é entregue como uma alimentação do combustor 41 para o combustor 15 por meio de um separador 42.

[0096] O separador 42 (que pode ser de um tipo convencional conhecido no estado da técnica) é fornecido para remover o excesso de amónia aquoso, que está presente na alimentação 34, e de outro modo, permaneceriam na alimentação 41 que conduz à alimentação do combustor 14. O excesso de amónia aquosa é adicionado à alimentação 34, para evitar a secagem de alimentação através do primeiro sistema de canais 40 do trocador de calor de alimentação de efluente 35 e a acumulação de sólidos / corrosão no sistema de canal.

[0097] O líquido retirado pode ser escoado do sistema simplesmente como um fluxo de sopro para baixo 43 a partir do separador 42, por meio de um refrigerador 44 e uma válvula redutora de pressão 45, ou (no interesse de minimizar o desperdício de alimentação de amónia aquosa) pelo menos um componente principal do líquido retirado pode, como mostrado, ser devolvido para a água a partir da corrente de alimentação 11, como a corrente de reciclagem 36 (como distinto de um componente de alimentação de partida como tal). O fluxo de sopro para baixo 43 é fornecido com o objetivo de evitar a excessiva acumulação de impurezas sólidas dissolvidas dentro do circuito de recirculação e o fluxo de sopro para baixo compreenderá tipicamente uma pequena fração (1% a 10%) do fluxo de água de alimentação.

[0098] Toda a água de alimentação (que não esgotada pelo sopro para baixo) é evaporada para formar o vapor de água de lastro. No entanto, a fim de manter as paredes no lado de alimentação do trocador de calor de alimentação de efluente 35 molhadas com fiabilidade, a fração de saída de vapor do trocador de alimentação é mantida desejavelmente não maior do que cerca de 50%, com o líquido residual sendo reciclado para completar a evaporação. A combinação da alimentação fresca e dos fluxos de reciclagem produz o excesso de água no lado de alimentação do trocador de calor de alimentação de efluente.

[0099] A taxa de geração de vapor de água de lastro no trocador de calor de alimentação de efluente 35 pode ser controlada por meio da válvula de controle 46 para modificar a diferença de pressão entre a alimentação e lados efluentes do trocador, modificando assim a quantidade de calor disponível a partir do fluxo de efluente para aquecer e evaporar o líquido no fluxo de alimentação.

[00100] A mistura de reação 16 é entregue através da caldeira de resfriamento 17 (que leva a temperatura da mistura de reação para cerca de 140 °C) e a válvula de controle 46 a um sistema de canais 47, no segundo trocador de calor de alimentação de efluente 35, e daí para o sistema de canal conectado em série 20 do trocador de calor 19.

[00101] A mistura de reação (relativamente) de alta temperatura através da alimentação de sistema de canal 47 troca calor com a alimentação de oxigênio - amónia aquosa contrafluxo através do sistema de canais 40. Os gráficos da figura 4, mostram a temperatura contra o calor, ilustram uma operação típica de troca de calor de contrafluxo de alimentação de efluente que ocorre no trocador de calor de alimentação de efluente 35. O gráfico A é aplicável à mistura da reação no sistema de canal 47 à medida que arrefece, com a condensação de água, e o gráfico B é aplicável ao fluxo de alimentação passando (parcial) a evaporação da amónia no sistema de canais 40 durante cada passagem.

[00102] A alimentação da mistura de reação (a uma temperatura reduzida de cerca de 60 °C) a partir do trocador de calor de alimentação de efluente é alimentada diretamente para o sistema de canal 20 do trocador de calor 19, e troca calor com o meio refrigerante 22 con- trafluindo através do segundo sistema de canal 21 do trocador / absorvedor de calor 19. A oxidação de amónia e os processos de absorção - reação de gás que ocorre nos sistemas de canais conectados em série 47 e 20 do trocador de calor de alimentação de efluente 35 e na condensação - absorção do trocador de calor 19, que conduz à corrente de ácido nítrico 24, são substancialmente como descritos anteriormente no contexto dos processos descritos com referência às figuras 1 e 2.

[00103] A quantidade (taxa de fluxo) do componente de oxigênio 12 da alimentação de partida é desejavelmente controlada de tal modo que é suficiente para efetuar a oxidação de toda (ou quase toda) a amónia e gás nitroso no processo. Contudo, em uma modificação do processo, a quantidade de oxigênio na mistura de partida pode ser controlada para oxidar, pelo menos, substancialmente toda a amónia e mais oxigênio pode ser adicionado à mistura de reação antes que a água comece a condensar a partir da mistura de reação, a fim de oxidar substancialmente todo o gás nitroso. Assim, o oxigênio adicional, pode ser admitido em qualquer um ou dois ou todos os três pontos de injeção 16a, 18a e 18c indicada por linhas tracejadas na figura 3.

[00104] Da mesma forma, a quantidade de água na alimentação 34 para o trocador de calor de alimentação de efluente 35 é controlada de tal modo que, quando condensado a partir da mistura de reação no trocador de calor 19 e feito reagir com (isto é, durante a absorção de) dióxido de nitrogênio derivado, o condensado está presente em uma quantidade suficiente para formar ácido nítrico diluído com uma concentração da ordem de 20% a 40%. No entanto, se necessário, mais água (no estado líquido ou gasoso, como apropriado) pode ser admitida para a mistura de reação e fluxos da mistura de reação resfriada a um ou ambos os dois pontos de injeção 16b e 18b, indicados pelas linhas tracejadas na figura 3.

[00105] Deve-se entender que o processo de exemplo, que tem sido descrito com referência à figura 3 incorpora efetivamente um sistema de troca de calor de alimentação de efluente, incorporando o trocador de calor de alimentação de efluente 35, e um sistema de troca de calor absorvente incorporando a condensação -absorção do trocador de calor 19. Apesar de não ser mostrado como tal, o trocador de calor de alimentação de efluente e a condensação - absorção 35 e 19 podem ser integradas em uma única unidade do trocador de calor.

[00106] No sistema de troca de calor da alimentação de efluente a alimentação de duas fases da solução aquosa de amónia e de oxigênio é aquecida até uma temperatura que permite que o fluxo de alimentação para o combustor carregue a quantidade necessária de vapor de água de lastro. No outro lado da troca, o gás de reação, que é acima do ponto de condensação entra no trocador, é resfriado até o ponto de condensação e após o resfriamento é acompanhado por condensação. Alguns dióxidos de nitrogênio estarão presentes no gás que chega como um resultado da oxidação de monóxido de nitrogênio nas linhas de alimentação e na caldeira de resfriamento brusco antes da troca de calor de alimentação de efluente, e, conforme a temperatura e o teor de água do gás caem dentro do trocador de alimentação de efluente, a oxidação de monóxido de nitrogênio da fase de gás acelera e uma taxa crescente de formação de ácido ocorrerá dentro do trocador de alimentação de efluente como os gases frescos. Assim, não é só a água que se condensa. No sistema de troca de calor no processo de absorção de monóxido de nitrogênio I oxidação de dióxido de nitrogênio em ácido nítrico é concluída. O líquido de resfriamento baixa a temperatura no trocador de absorvedor para um nível inferior, em que o trocador de alimentação de efluente e o tempo de permanência dos gases nitrosos no absorvedor é, pela concepção do sistema, suficiente para que o processo de oxidação execute a conclusão substancial.

[00107] É agora feita referência aos processos de fabricação de ácido nítrico - nitrato de amónio integrados que são ilustrados por meio de exemplo nas figuras 5 e 7.

[00108] Em termos gerais, e tal como descrito em mais detalhes abaixo, as figuras 5 e 5A ilustram um processo em que o vapor proveniente de um evaporador de nitrato de amónio em uma fase de produção de nitrato de amónio (daqui em diante referido como o "processo de nitrato de amónio") é alimentado de volta em uma fase de produção de ácido nítrico (a seguir referido como o "processo de ácido nítrico") para prover um (se não o total) componente da água predominante de uma alimentação do combustor dentro do processo de ácido nítrico. A figura 5A ilustra uma disposição alternativa dos componentes do processo de nitrato de amónio que estão posicionados ao lado direito da linha X-X na figura 5, com os componentes ao lado esquerdo da linha X-X sendo comum ao processo integrado (completo) das figuras 5 e 5A.

[00109] Ainda em termos gerais, e tal como descrito em mais detalhes abaixo, as figuras 6 e 6A ilustram um processo em que o vapor condensado a partir de um evaporador de nitrato de amónio no processo de nitrato de amónio, é alimentado (de volta) para o processo de ácido nítrico, para prover um componente de água predominante (se não for total) de uma alimentação de partida para o processo de ácido nítrico.

[00110] A figura 6A ilustra uma disposição alternativa dos compo- nentes do processo de nitrato de amónio que estão posicionados ao lado direito da linha X-X na figura 6, com os componentes para o lado esquerdo da linha X-X sendo comum ao processo integrado (completa) das figuras 6 e 6A.

[00111] As figuras 7 e 7A ilustram arranjos alternativos de troca de calor com recuperação de calor a partir de uma mistura de reação no processo de ácido nítrico e para complementar o calor disponível para o processo de nitrato de amónio.

[00112] O processo de ácido nítrico no processo integrado das figuras 5 e 5A é semelhante ao que foi descrito anteriormente com referência à figura 1 e os mesmos números de referência são utilizados para indicar como componentes (ou análogos) do equipamento nas respectivas figuras.

[00113] No processo de ácido nítrico da figura 5, a amónia e os componentes de oxigênio 10 e 12 de uma alimentação de partida são fornecidos sob a forma gasosa, a uma pressão ligeiramente superior a uma pressão de combustão a seguir e próximo à temperatura ambiente. Um componente de água da alimentação é fornecido como um fluxo gasoso 50 (isto é, na forma de vapor a partir do processo de nitrato de amónio), no qual a amónia e, em seguida, os fluxos de oxigênio são misturados para formar a alimentação de combustão 14, que é fornecida a um combustor 15. O combustor pode compreender qualquer um dos oxidantes acima descritos com referência às figuras 1 a 3, como adequado para a conversão catalítica de alta temperatura da mistura de amônia-oxigênio.

[00114] A mistura resultante da reação, incluindo o monóxido de nitrogênio e vapor de água, indicado como um fluxo 16, é alimentada para um trocador de calor seguinte 17, onde a mistura de reação é arrefecida pela troca de calor com um fluido de transferência de calor que acopla (como indicado pela ligação A-A) com um reator / evapora- dor (trocador de calor) 51 no processo de nitrato de amónio.

[00115] Na saída do trocador de calor 17, a mistura de reação parcialmente arrefecida 18, na qual o monóxido de nitrogênio irá começar a se oxidar, é alimentada por meio de trocadores de calor 52 e 53 para um absorvente sob a forma do trocador de calor 19. (O trocador de calor 53 corresponde a e executa a mesma função que o trocador de calor 32, como ilustrado na figura 2).

[00116] Qualquer um ou, como mostrado, ambos a amónia gasosa e os componentes de oxigênio 10 e 12 da alimentação de partida é (ou são) aquecido no trocador de calor 53, por meio de transferência de calor a partir da mistura de reação 18 a uma temperatura que se opõe a qualquer condensação do fluxo de água vaporizada 50 em mistura com esse fluxo.

[00117] A temperatura da mistura de reação 16 cai a um nível de cerca de 140 °C na passagem através do trocador de calor 17 e continuar a descer até cerca de 120 °C (isto é, acima do ponto de condensação) na passagem através dos trocadores de calor 52 e 53.

[00118] A condensação e oxidação contínua do vapor de água do monóxido de nitrogênio em dióxido de nitrogênio e as reações simultâneas que conduzem à formação de ácido nítrico, no trocador de calor 19, são (como descrito anteriormente) regidas pelas pressões operacionais e as temperaturas utilizadas no sistema. O calor é trocado entre a mistura de reação resfriada (conforme ela prossegue através dos canais 20 do trocador de calor 19) e o fluido de troca de calor 22, tipicamente água, que é dirigido contrafluxo, apesar dos canais 21 do trocador de calor 19. Como também descrito acima o trocador de calor 19 pode compreender qualquer tipo de trocador de calor que seja conhecido na técnica para ser adequado para uso na condensação / oxidação de alimentação da mistura de reação para baixo para alimentar o ácido nítrico diluído. Os gases que não são absorvidos, ou condensa- dos no trocador de calor são separados a partir do ácido nítrico, para formar um gás de cauda 54, pelo separador 23, resultando na corrente de ácido nítrico 24.

[00119] Outros aspectos do processo de ácido nítrico ilustrado pela figura 5, incluindo a oxidação de amónia e processos de absorção da mistura de reação, são substancialmente conforme anteriormente descritos no contexto das figuras 1 e 2.

[00120] Tal como ilustrado na figura 5, a (por exemplo, cerca de 33,5%) corrente de ácido nítrico diluído 24-55 a partir do separador de fases 23, a pressão sobre o absorvente, é bombeada pela bomba 56 para uma pressão ligeiramente superior à do reator / evaporador 51 (para permitir a queda de pressão através do equipamento de intervenção), e é preaquecido por transferência de calor a partir do fluxo de mistura de reação 18 no trocador de calor 52.

[00121] O fluxo pressurizado ácido nítrico, quente 55 é então misturado com uma alimentação de amónia gasosa 58, a uma pressão idêntica, dando origem à reação para formar nitrato de amónio 59 (por exemplo, a cerca de 39%) e a liberação de calor da reação. Amónia suficiente é alimentada ao reator / concentrador de nitrato de amónio 51 para manter um excesso de amónia na solução de nitrato de amónio. Além disso, a quantidade de calor suficiente é adicionada ao fluxo de ácido nítrico 55 no trocador de calor 52 para garantir que parte do calor da reação liberado pela reação de nitrato de amónio, gera vapor com o restante do calor de evaporação para o reator / evaporador 51 que é fornecido por meio de transferência de calor do trocador de calor 17 através de um circuito de acoplamento A-A.

[00122] O fluxo de ácido nítrico 55 e o fluxo de amónia 58 se misturam dentro do reator / evaporador de nitrato de amónio 51, a fim de integrar a reação e o processo de evaporação, e assim evitar quaisquer problemas de distribuição de fase em que passa a partir do rea- tor, para o que de outra forma seria um evaporador separado.

[00123] A mistura de vapor de duas fases de nitrato de amónia 59 a partir do reator I evaporador 51 é alimentada em um vaso separador de gravidade 57, a partir do qual emerge uma solução de nitrato de amónio 60 (por exemplo, a cerca de 80%) e um fluxo de vapor de retorno 61 para o processo de ácido nítrico como alimentação de vapor 50. Uma almofada desumidificadora 62 está localizada no interior do vaso de separação 57 e é utilizada para auxiliar o desprendimento de gotículas de líquido, que contém nitrato de amónio, a partir do vapor. Para evitar o acúmulo de nitrato de amónio sólido sobre a almofada é pulverizado água corrente 63.

[00124] Como a pressão no separador 57 é ligeiramente maior do que a pressão no combustor 15, o vapor pode passar do recipiente para a câmara de combustão sem a assistência de compressão mecânica. Caso o fluxo de vapor que emerge do separador 57 exceda os requisitos do processo de ácido nítrico de lastro de vapor, o excesso de vapor pode ser perfurado como vapor 64, deixando o vapor 50 para passar para o processo de ácido nítrico.

[00125] Devido ao fluxo de alimentação de vapor 61 contactando o fluxo de água no estado líquido 63 a almofada desumidificadora 62, ela não pode ser sobreaquecida. Assim, pelo menos, um ou o outro, ou (como mostrado), ambos, os fluxos de alimentação de amónia 10 e oxigênio 12 é (ou são) aquecido para a mistura da reação de ácido nítrico no trocador de calor 53, para garantir que a mistura de alimentação de queimador 14 esteja sobreaquecida e não contenha gotículas de água que podem entrar em conflito com o catalisador de combustão.

[00126] Um esquema de reação / evaporação, como mostrado na figura 5A compreende uma alternativa ao que tem sido descrito com referência à figura 5. Neste esquema, o reator de nitrato de amónio, pode ser simplesmente um comprimento do tubo adiabático 51 A, com o fluxo da solução de nitrato de amónio de duas fases 59, apenas parcialmente concentrado por evaporação decorrente do calor de reação, para dentro do vaso de descarga do separador 57. O processo de evaporação é concluído dentro do vaso 57 (o que efetivamente torna- se um vaso evaporador / separador) pelo calor liberado por um evaporador / trocador de calor submerso 65, o qual está acoplado ao troca-dor de calor 17, para receber fluido de transferência de calor por meio do circuito de A - A. Em outros aspectos, o esquema mostrado na figura 5A é semelhante ao mostrado na figura 5.

[00127] É feita agora referência ao processo integrado, como ilustrado por meio do exemplo da modalidade mostrada nas figuras 6 e 6A. O processo de ácido nítrico no processo integrado ilustrado é semelhante ao que foi descrito anteriormente com referência à figura 3, e os números de referência são utilizados para indicar componentes similares (ou análogos) do equipamento nas respectivas figuras. Do mesmo modo, o processo de nitrato de amónio (no processo integrado) é similar ao que foi descrito com referência às figuras 5 e 5A, e, mais uma vez, os mesmos números de referência são utilizados para indicar componentes similares.

[00128] Assim, no processo de ácido nítrico da figura 6, componentes da alimentação de amónia 10 e de oxigênio 12 a cerca da temperatura ambiente, são alimentados sob pressão, como uma solução aquosa de amónia a partir de da alimentação de oxigênio 34 para um trocador de calor de alimentação de efluente 35. O componente de amónia 10 da alimentação de partida de uma pressão ligeiramente acima da pressão atmosférica é dissolvido em uma mistura de vapor de água condensado 66, que é devolvida a partir do processo de nitrato de amónio (tal como descrito abaixo) e uma corrente de reciclagem de líquido 36 para formar um fluxo de amónia aquoso 37. O fluxo de amónia aquoso 37 é arrefecido em um refrigerador 38 a cerca de 60 °C e pressurizado por uma bomba 39 para uma pressão ligeiramente acima da pressão de um combustor seguinte.

[00129] A alimentação 34 (compreendendo o fluxo de amónia aquosa 37 e o componente de oxigênio 12 da alimentação de partida) é alimentada a um sistema de canais 40 de um primeiro trocador de calor de alimentação de efluente 35, e a alimentação 34 na passagem através do trocador de calor é aquecida a um nível de temperatura que permite a vaporização da amónia e da água no interior do fluxo de solução aquosa de amónia na corrente de oxigênio. A alimentação de amónia - oxigênio lastrado de vapor resultante é fornecida como a fração de vapor de uma alimentação 41 para a câmara de combustão 15 por meio de um separador 42, a partir do qual a alimentação de combustão 14 emerge.

[00130] O separador 42 funciona para remover o excesso de amónia aquosa que é adicionada à alimentação 34 que de outro modo, permaneceriam na alimentação de combustão 14. O líquido retirado pode ser escoado do sistema simplesmente como um fluxo de sopro para baixo 43 a partir do separador 42, por meio de uma troca de calor 44 e uma válvula redutora de pressão 45, ou, como mostrado, ser devolvido para o fluxo de alimentação de água, como o fluxo de reciclagem 36.

[00131] A mistura de reação 16 a partir do combustor 15 é fornecida por meio de um trocador de calor 17, e, como uma corrente de baixa temperatura 18, por meio de uma válvula de controle 46 a um sistema de canais 47, no segundo trocador de calor de alimentação de efluente 35, e daí para um sistema de canal ligado em série 20 do trocador de calor 19.

[00132] Como previamente descrito no contexto da figura 3, a válvula de controle 46 está localizada no circuito entre o trocador de calor 17 e a alimentação de mistura de reação 18 para o trocador de calor de alimentação de efluente 35 para ajustar a pressão da alimentação da mistura de reação, com a finalidade de regular a quantidade de vapor elevada para prover o grau requerido de lastro.

[00133] A alimentação da mistura de reação (relativamente) de alta temperatura 18 passa através do sistema de canais 47 do trocador de calor de alimentação de efluente 35 trocando calor com a alimentação de oxigênio - amónia aquosa contrafluxo que passa através do sistema de canais 40. Como indicado anteriormente, de novo, no contexto da figura 3, os gráficos da figura 4 ilustram uma operação típica de troca de calor de alimentação de efluente contrafluxo que ocorre.

[00134] A alimentação da mistura de reação 18 (a uma temperatura reduzida) a partir do trocador de calor de alimentação de efluente 35 é alimentada diretamente para o sistema de canais 20, do trocador de calor 19, e troca calor com o meio refrigerante 22 contrafluindo através do segundo sistema de canais 21 do condensador absorvedor 19. A oxidação de amónia e os processos de absorção - reação de gás que ocorre nos sistemas de canais conectados em série 47 e 20 do trocador de calor de alimentação de efluente 35 e o trocador de calor de condensação - absorção 19 são tal como previamente descritos no contexto do processo de ácido nítrico com o descrito com referência às figuras 1 a 3.

[00135] Como mostrado na figura 6, um fluxo de ácido nítrico diluído (cerca de 33,5%) 32 a partir da condensação - absorção do trocador de calor 19 é alimentado para o separador de fases 23, a partir do qual os gases não condensáveis são ventilados como fluxo 54, deixando o fluxo de ácido nítrico livre de gás 24 em torno da pressão de absorção. A pressão do fluxo de ácido nítrico 24 é então reduzida através da válvula 67 a uma pressão ligeiramente superior à do reator / evaporador 51 (para permitir a queda de pressão através do equipa- mento de intervenção), e depois é preaquecido pelo fluxo de amónia aquosa fraca 48 no trocador de calor 44.

[00136] O fluxo de ácido nítrico de menor pressão, quente 55 é misturado com o fluxo de amónia gasosa 58, a uma pressão semelhante, no reator / evaporador de nitrato de amónio (trocador de calor) 51, que dá origem à reação para formar o nitrato de amónio (a cerca de 39%) e à geração de calor. Amónia suficiente é alimentada ao reator / evaporador de nitrato de amónio para manter um excesso de amónia na solução alcalina de nitrato de amónio.

[00137] Além disso, a quantidade de calor suficiente é adicionada à corrente de ácido nítrico 55 no trocador de calor 44 para garantir que parte do calor da reação de nitrato de amónio gere vapor, com o restante do calor de evaporação no reator / evaporador 51 que é fornecido por meio de transferência de calor do trocador de calor 17 através do circuito de acoplamento A-A, que recupera o calor da mistura de reação 18.

[00138] O circuito de transferência de calor A-A pode ser, por exemplo, um circuito de água em ebulição / condensação ou um circuito de água sob pressão, de fase única. Como descrito anteriormente, no contexto da modalidade da figura 5, o fluxo de ácido nítrico 55 e o fluxo de amónia 58 se misturam dentro do reator - evaporador de nitrato de amónio 51, a fim de integrar a reação e os processos de evaporação. A mistura de vapor de nitrato de amónio de duas fases 59 é alimentada para o vaso separador de gravidade do evaporador 57, do qual emerge a solução de nitrato de amónio 60 (a cerca de 80%) e o fluxo de vapor 61. Uma almofada desumidificadora 62 é empregue para auxiliar a retirada de gotículas de líquido, que contém nitrato de amónio, a partir do vapor de água e, para evitar a acumulação de sólidos à base de nitrato de amónio na almofada ele é pulverizado com água a partir de um fluxo 63.

[00139] O fluxo de vapor 61 é condensado em um condensador 68 para formar um fluxo de água condensada líquida que pode levar com ele pequeno nível de gases não condensáveis arrastados, como hidrogênio e nitrogênio, o que pode ter entrado no processo como impurezas no fluxo de amónia 58. Quando tal nível de gases arrastados pode dar origem a problemas operacionais na bomba a jusante 39, eles podem ser ventilados a partir de um vaso de separação 69, tal como fluxo 70, para deixar o vapor condensado (isento de gases) 66.

[00140] Caso o fluxo de água proveniente do separador 69 como fluxo 66 exceda os requisitos de lastro de vapor do processo de ácido nítrico, ou seja, deficiente nesse sentido, então a água líquida pode ser removida ou adicionada como fluxo 71 para prover a taxa de fluxo apropriada de água no fluxo de partida 34 para lastrar o processo de ácido nítrico. O fluxo 66, em seguida, mistura-se com o fluxo de recirculação 36 (amónia aquosa fraca) no processo de ácido nítrico antes de absorver o fluxo de alimentação de amónia 10.

[00141] O fluxo de amónia aquosa resultante 37 terá aproximadamente 7% de amónia e, deste modo, o fluxo de alimentação de amónia - ácido nítrico apenas precisa ser ligeiramente superior a 0,05 MPa (0,5 bar) (abs) (isto é, inferior à pressão atmosférica), a fim de ser completamente absorvida pela alimentação de água. Normalmente, no entanto, tanto o vaso de separação 69 e o fluxo de alimentação de amónia 10 iriam funcionar a um nível ligeiramente acima da pressão atmosférica, em vez de vácuo.

[00142] O esquema de reação - evaporação, como mostrado na figura 6A é uma alternativa ao esquema mostrado à direita da linha X- X na figura 6. Neste esquema, (como na da figura 5A), o reator de nitrato de amónio, pode ser simplesmente um comprimento de tubo adi- abático 51 A, com o fluxo de duas fases da solução de nitrato de amónio 59, apenas parcialmente concentrado, descarregando para dentro do vaso de separação 57. Dentro do vaso 57 o processo de evaporação é completado por um evaporador submerso 65, o qual está acoplado ao trocador de calor 17 por ação do circuito de transferência de calor A-A.

[00143] A figura 7 mostra um arranjo no qual o calor adicional proveniente de uma fonte externa (não representada) é aplicado ao circuito de transferência de calor de fase única A-A por um fluxo quente 71 no trocador de calor 72. A figura 7A mostra um arranjo alternativo em que o vapor adicional é gerado para ebulição / condensação do circuito de transferência de calor A-A por um trocador de calor submerso 73, que recebe o calor de um fluxo quente externo 74.

[00144] Outras variações e modificações podem ser feitas no processo integrado de nitrato de amónio sem nos afastarmos do escopo da invenção tal como acima descrito e reivindicado nas reivindicações a seguir.

Claims

1. Processo para produção de nitrato de amónio, caracterizado pelo fato de que compreende: prover uma alimentação de oxidante gasoso não-explosivo compreendendo amónia, vapor e um gás oxidante contendo mais do que 80% de oxigênio a um reator; no reator, oxidar a amónia da alimentação de oxidante gasoso não-explosivo para produzir uma mistura de reação compreendendo monóxido de nitrogênio e o vapor de água; prover a mistura da reação a um trocador de calor; no trocador de calor, resfriar a mistura de reação e conduzir um processo de reação de absorção no qual (i) o monóxido de nitrogênio é oxidado para produzir um ou mais produtos de oxidação, (ii) o vapor de água é condensado para água líquida e (iii) os um ou mais produtos de oxidação reagem com e são absorvidas pela água condensada para formar uma corrente de ácido nítrico, em que substancialmente todo o monóxido de nitrogênio na mistura de reação é convertido em ácido nítrico na corrente de ácido nítrico, e em que a concentração do ácido nítrico na corrente de ácido nítrico é de cerda de 20% a cerca de 40% em uma base de peso (p/p); prover a corrente de ácido nítrico a um reator adicional; e no reator adicional, reagir o ácido nítrico na corrente de ácido nítrico com amónia para formar um solução de nitrato de amónio e água, em que o calor disponível para a mistura de reação acima de seu ponto de condensação é suficiente para concentrar a solução de nitrato de amónio a uma concentração de cerca de 75% a 85% (p/p) sobre aplicação a solução de nitrato de amónio, e em que a água que é evaporada da solução de nitrato de amónio é reciclada de modo a compreender pelo menos uma porção do vapor da alimentação do oxidante não-explosivo.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás oxidante compreende um gás contendo pelo menos 90% de oxigênio.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos 95% do monóxido de nitrogênio na mistura reacional é convertido em ácido nítrico.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a alimentação de gás oxidante não-explosivo compreende gás oxidante em uma quantidade suficiente para oxidar toda a amónia para monóxido de nitrogênio.

5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a água que é evaporada da solução de nitrato de amónio é reciclada de que compreende a porção predominante do vapor da alimentação de gás oxidante não-explosivo.

6. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende continuar o processo de reação de absorção em um reator absorvedor subsequente ao trocador de calor.

7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o reator absorvedor é um reator absorvedor adiabáti- co.

8. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, antes de prover a alimentação de gás oxidante não-explosivo, (i) prover uma alimentação de partida de amónia aquosa compreendendo amónia e água, e (ii) aquecer a alimentação de partida de amónia a uma temperatura que permite vaporização pelo menos parcial da amónia e água da alimentação de partida de amónia aquosa.

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o aquecimento da alimentação de partida de amónia aquosa é realizado em um trocador de calor de contra fluxo de efluente de alimentação por troca de calor com a mistura de reação que é resfriada de uma temperatura acima de seu ponto de condensação a uma temperatura abaixo de seu ponto de condensação, em que a troca de calor no trocador de calor de efluente é calor de baixo grau trocado abaixo do ponto de condensação da mistura de reação.

10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que cerca de 90% do calor trocado no trocador de calor de efluente é calor de baixo grau trocado abaixo do ponto de condensação da mistura de reação.

11. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, concentrar a solução de nitrato de amónio por troca de calor entre a mistura de reação e a solução de nitrato de amónio diretamente.

12. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, concentrar a solução de nitrato de amónio por troca de calor entre a mistura de reação e a solução de nitrato de amónio indiretamente utilizando um laço de acoplamento intermediário de um meio de transferência de calor.

13. Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o meio de transferência de calor compreende um circuito de água fervura/condensação ou um circuito de água pressurizado de fase única.

14. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que nenhuma fonte de calor externa é aplicada à solução de nitrato de amónio.

15. Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que uma fonte de calor externa é aplicada à solução de nitrato de amónio em adição ao calor recuperado da mistura de reação.